As an alternative to conventional inorganic electrode materials, organic electrode materials are promising candidates for the next generation of sustainable energy storage device. Quinone and its derivatives were chosen for good redox potential and its electrochemical reversibility. Quinone compounds, promising electroactive organics were synthesized to produce reactive organic compound with rigid polymeric support. The novel quinone based Covalent Organic Polymers (COPs) were synthesized and. investigated. The synthesized materials were analyzed in FT-IR spectrometer, Elemental Analysis, Solid State NMR for structural confirmation. The quinone structure of C-NMR 180ppm in C13 NMR , C=0 bond at 1750 cm-1 was confirmed . The quinone-COPs were also passed thermal and chemical stability test which showed better stability than the original quinone compound. Galvanostatic measurements and charge/discharge cycling performance was done to investigate electrochemical activity of Q-COPs. Reversibility of Q-COPs were confirmed but with slow charge and discharge due to low electrical conductivity. Ellagic acid, COP-53 showed the best galvanostatic measurement of 300 mAHg-1 in a range of 1~3 V vs Li/Li+, which is similar to the theoretical capacity of COP-53. Anthraquinone derivatives, COP-40 and COP-49 showed good cyclic performance of 600~800 mAHg- .
퀴논 분자를 이용한 유기공유결합고분자(COP) 합성 및 전기화학적 응용
유기 리튬 전극 물질은 기존의 전극물질과 다르게 그 높은 가능성과 친환경성으로 차세대 에너지 저장물질로 주목받고 있다. 유기 물질 중 퀴논 분자와 퀴논 파생물들은 산화 환원 전위가 높고 전기화학적 가역성이 뛰어나다고 알려져 왔다. 하지만 퀴논 물질을 바로 전극으로 사용하기에는 전극의 용해도가 높고 전도성이 낮다는 문제가 있다. 이에 따라 본 연구는 퀴논 분자를 이용한 유기공유결합고분자(COPs) 물질을 합성하여 성질을 연구하였다.
Q-COPs, 퀴논 유기공유결합고분자는 합성 직후 탄소 13 핵자기공명분석, 자외선-가시강선 흡수 스펙트럼(FT-IR) 과 원소 분석(Elemental Analysis) 등으로 COP-51번을 제외하고 예상되었던 구조를 가지는 퀴논 고분자 물질이 합성 된것을 확인하였다. 또 열중량 분석과 화학적 안전성을 실험하여, 퀴논 고분자들은 원래의 퀴논 물질들보다 더 나은 화학적 안전성 열 안전성을 보이는것으로 확인하였다. 코인셀 배터리를 제조하여 정전류 충방전법( galvanostatic measurements) 과 충방전 특성을 이용하여 전기화학적 연구를 하였다. 퀴논 공유유기고분자의 전기화학적 가역성을 확인하였고 가장 뛰어난 배터리는 COP-53번으로 300 mAHg-1 를 1~3 V vs Li/Li+ 를 가졌고 안트라퀴논 물질(Anthraquinone)을 기반으로 한 COP-40과 COP-49 번이 600~800 mAHg- 로 높은 충방전 특성을 보였다.
핵심어: 유기 전극, 리튬 전지, 퀴논, 공유유기결합고분자 (COPs)
